重型设备置于屋顶的框架结构隔震设计方案分析

２０１０年第ｌ２期　（总第１４７期）　中阁高新技术企业　Ｃｈｉｎａ　Ｈｉ－Ｔｅｃｈ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　Ｎ０．１２．２０１０　（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．１４７）　重型设备置于屋顶的框架结构隔震设计方案分析　姜晔　，伏健　（１．泰州职业技术学院；２．江苏省第一建筑安装有限公司博士后科研工作站，江苏泰州２２５３００）　摘要：文章以宿迁的框架结构工程为例，研究了重型设备置于屋顶的隔震设计。结构采用了３２个夹层橡胶隔震支座。　利用ＡＮＳＹＳ通用有限元设计分析软件进行时程分析，计算结果表明：采用隔震措施后，既提高结构的抗震性能，又使　设计具有良好的经济性。　关键词：重型设备；隔震设计；框架结构；ＡＮＳＹＳ软件；时程分析　中图分类号：ＴＵ３７５　一文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１０）１２—００３３—０２　、工程背景　如图３所示：　宿迁市某单位建造三层混凝土框架结构的商品混凝土搅　拌楼，建筑面积６７９　，长２３ｍ，宽９．８ｍ，底层平面布置如图１　所示。层高：一层为５．１ｍ，二、三层都为４．２ｍ。由于工艺的需　要，必须将重型设备（８个圆形水泥仓）置于屋顶，并用钢结构　围护，立面布置如图２所示。屋顶外加的钢结构设备层高达　１ｌｍ，外加荷载设计值高达２５９０ｔ，该种受力结构在高烈度（８　度，０．３ｇ）抗震设计城市极为不利。本文对屋顶隔震设计方案　进行分析研究。　●　ｌ号生产线　－　＿　２号生产墁　＿　图３隔震系统的力学模型　匡　＿　。　＿ｒ　Ｌ＾ｊ４咖　　＿一　Ｉ　∞’０ｏ　ｌ　１　。　设主体混凝土结构的质量为ｍ。，阻尼系数为ｃＤ，刚度为　；设备层钢结构的质量、阻尼系数和刚度分别为ｍ　，ｃ。，ｋ。。　则可列出如下运动平衡方程：　ｍ０ｊｊ＋ｃＱ　＋　Ｊ，—｜ｉ｝ｌ　＝一，”　ｍ１（ｙ＋ｖ）＋ｃｌｉ，－Ｉ－ｋＩＶ＝一　ｌ　（１）　（２）　图１底层平面布置图　其中：　ｌ　—　Ｖ＂－－Ｘｌ　（３）　（４）　基于方程（１）和（２），由结构随机地震反应分析理论，可　分析得出重要结论：地震反应随着质量比Ｉｔ＝ｍ　／ｍ。的不同，在　主体结构与子结构间重新分配；主结构的阻尼比越小、质量比　越大，该隔震系统的隔震、减震作用越大；橡胶隔震支座的　设置，可以有效地阻隔地震能量向钢结构设备层传递，同时减　小重型设备对混凝土主结构的地震响应，达到良好的消能减　震效果。　广　广ｌ　一　且　囝　．．．Ｊ【．．．上　Ｉ　　ｌｌ　ｌ　秆　Ｉ　Ｉ　ｌ　Ｉ　ｆｆ１　且　广一　—［丽　口＿　ｒ　一　图２西立面图　三、隔震设计方案　在图４中，采用了三种型号的夹层橡胶隔震支座（共计３２　个）。混凝土框架屋顶形成两个隔震区域，所有隔震支座都位　于水泥仓钢柱脚下。每个区域的四角布置带铅芯的夹层橡胶　隔震支座，铅芯直径为７０ｍｍ；每个区域的中心布置４个带限　位钢棒的夹层橡胶隔震支座，限位钢棒为软钢，直径为７０ｍｍ；　二、隔震原理　在混凝土框架顶部设置隔震橡胶支座，将混凝土结构层　其余钢柱下布置无铅芯隔震支座。设计参数的选择遵循行业　与钢结构设备层隔开。下部结构为主体结构，上部结构为子　标准《建筑隔震橡胶支座》（ＪＧ１１８—２０００），节点设计如图５所　结构，这样，可形成一个质量一弹簧一阻尼系统，其力学模型　示。两隔震区域之间的钢梁与钢柱采用犬骨式连接，以提高　一３３—　节点延性。　　ｒ—、士ｌ　ｒ——表１非隔震与隔震结构振动模态　１　ｆ＝———　——１　ｒ、、士　￣，８￣　ＪＬ　－．￣Ｊ　，，８ｏｏ　ｒ—　上／一、、上，‘　≥≤　手　Ｌ干　—　、砰　，，ｒ—　Ｉ．／—、上　‘千　千Ｊ　＜　￣４　８０　Ｉ）　（｛ｂ　￣４ＢＯ０　ｉ）　。～　２—　３—４一　图４隔震支座布置图　１一设备钢柱脚　２一隔震层钢梁　２．结构地震反应。两种设计方案在Ｅ１　Ｃｅｎｔｅ波激励下。ｒ　回一无铅芯隔震支座囤一有错芯隔震支座　口一带限位锕悸的隔震支座　钢结构设备层顶部位移、加速度、钢柱底剪力及混凝土结构层　顶部位移、加速度、混凝土柱底剪力的反应时程发生较大变化。　通过对比非隔震和隔震结构的地震反应可以看出，采用隔震措　施后，重型设备钢结构及混凝土框架结构的位移、加速度及层　间剪力都大减小。采用隔震设计方案后，减震效果可达３０％。　３一隔震支座　４一混凝土框架　五、结语　１．对重型设备置于屋顶的结构，采用隔震技术，使地震　释放的能量绝大部分被隔震垫吸收，延长结构的自振周期，同　图５隔震垫连接节点　时减小设备子结构和下部主体结构的地震反应，提高结构的　抗震性能。　四、基于ＡＮＳＹＳ的地震反应分析　（一）分析软件的应用　２．采用隔震设计方案，减少了钢筋混凝土结构中梁柱尺　寸和配筋，增加了使用面积。技术经济分析表明，隔震设计降　具有良好的经济效益。　本文利用ＡＮＳＹＳ通用有限元设计分析软件提供的参数　低结构综合造价可达２０％，３．该种隔震设计方案，属于高位隔震，对同类工程的设　化设计语言ＡＰＤＬ进行建模、加载、时程分析及数据后处理。　　结构模型包括下部的钢筋混凝土框架结构和上部的设备层钢　计具有借鉴作用。结构，混凝土部分选用ｓｏｌｉｄ６５三维块单元，钢结构部分选用　参考文献　ｓｈｅｌｌ９３三维弹性壳单元，减震支座选用ｃｏｍｂｉｎ４０双线性弹簧　［１李杰，李国强．地震工程学导论［１］Ｍ】．北京：地震出版　单元。对比分析设计方案—．（非隔震）和设计方案二二（隔震）两　社．１９９２．　种工况下结构体系的地震反应。　【２］日本免震构造协会编，叶列平译．图解隔震结构入门　根据《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１），采用时程分析法时，　Ｍ】．北京：科学出版社，１９９８．　应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震　［［３】沈祖炎，等．钢结构学ｆＭ】．北京：中国建筑工业出版　记录和一组人工模拟的加速度里程曲线。天然波选择ＩＩ类场地　　常用的Ｅ１　Ｃｅｎｔｅ波和Ｔａｆｒｔ波，宿迁人工波则根据场地地震地质　社．２００５．［４】郝文化．ＡＮＳＹＳ土木工程应用实例［Ｍ】．北京：中国　环境评价报告提供的地震动参数生成符合规范要求的地震动。　水利水电出版社。２００５．　用三条波作用下最大值的平均值作为时程分析的代表值。　（二）计算结果及分析　作者简介：姜晔（１９６３一）。女，泰州职业技术学院高级试　１．自振频率。进行结构体系振动模态分析，分别得到非　研究方向：建筑力学、建筑结构教学；伏健（１９７８一），男，　隔震设计方案和隔震设计方案的结构前５阶自振频率，见表　验师，１，与非隔震体系相比，隔震体系各阶频率相应减小，自振周期　江苏泰兴人，江苏省第一建筑安装有限公司博士后科研工作　站工程师，研究方向：建筑工程技术工管理。　显著延长，说明地震的能量绝大部分能被隔震垫吸收。　（上接第２７页）　小。因此，建议在２１０断块和１０９断块选取井组，实施小型蒸　汽驱试验，以改善开发效果。　（四）齐２１Ｏ断块莲ＩｌＩ下油层热水驱试验　（一）精细油藏研究，做好措施储备。挖掘区块剩余油潜力　齐２１０断块莲Ⅲ下原油属于普通稠油，开发初期２０℃原　为提高区块油气比，进一步提高油藏开发效果，积极做好　油密度０．９３５０ｇ／ｅｉｎ　，５０℃时脱气原油粘度平均为３５９ＭＰａ．ｓｃ　五、下步稳产建议　措施储备工作。　（二）加大兴隆台油层试采力度，提高油藏动用程度　井兴Ⅱ油层进行开采。　（三肮选在齐２１０断块０１６—０６井组和齐１０９块开展“蒸　汽驱”试验　开采初期有２５口井曾冷采生产，累计产油１．３３０８万吨。为　了进一步提高区块开发效果，提高对油层的认识程度，建议对　（五）齐２１Ｏ断块、欢６０４断块部署水平井　结合１３—９井的成功经验，建议对齐１０８—１２—１０、２２～１４ｅ　西部部分井组实施热水驱试验。　根据水平井的部署原则，结合水淹特点，优选剩余油富集　区建议部署水平井。建议在２１０断块部署２口：１井在０３—０２—　随着吞吐周期的增加，油井汽窜等矛盾日益突出，常规的　０４—０２ｅ井间区；２井在５－０ｌ一１－１井间区。建议下步继续在欢　　蒸汽吞吐已经不能满足油井生产的需要，继续吞吐的潜力变　６０４井区莲Ｉ油层组部署水平井　设计水平段长变为２２５ｍ。一３４一